Implementation of Embedded System for IEEE802.11p based OFDM-DSRC Communications

곽재민,Kwak, Jae-Min The Korea Institute of Information and Commucation 2006 한국정보통신학회논문지 Vol.10 No.11

본 논문은 IEEE802.11p 기반의 OFDM-DSRC 통신을 위한 임베디드 시스템의 구현에 대 한 것이다. IEEE802.11p 표준의 물리계층 규격에 대해 먼저 설명하고, 규격에 따른 모뎀의 BER 성능을 시뮬레이션을 통해 평가하고, 본 논문에서 구현한 시스템 구조와 설계방식, 구현 결과에 대해 설명한다. OFDM-DSRC 통신을 위해 구현한 임베디드 시스템은 FPGA, 플래쉬 메모리, ARM9 CPU 및 기타 주변장치들로 구성하였다. 구현 결과로부터, 본 논문에서 구현한 IEEE802.l1p를 따르는 OFDM-DSRC 시스템이 정상적으로 동작함을 확인하였다. 구현한 IEEE802.11p에 따른 임베디드 시스템에 대한 최적화를 통해 ITS와 같은 무선 통신 응용 시스템에 적용할 수 있을 것으로 예상된다. In his paper, embedded system implementation for IEEE802.l1p based OFDM-DSRC is presented. After the IEEE802.11p physical layer specification is introduced and BER performance of the modem is evaluated by simulation, implementation aspects of the system such as system architecture, design method and implementation results are addressed. Implemented embedded system for the OFDM-DSRC communication consists of FPGA, flash memory, ARM9 CPU Core, peripherals, etc. from the results, it is shown that the implemented system operates well according to IEEE802.11p specification. It is expected that implemented embedded system shall be used for wireless communication system such as ITS application by enhancing system optimizing.

선택형 파일럿 중첩 채널예측기법을 적용한 OFDM 기반 DSRC 시스템의 성능개선

곽재민,Kwak, Jae-Min 한국정보통신학회 2006 한국정보통신학회논문지 Vol.10 No.10

본 논문에서는 선택형 중첩 파일럿 채 예측기 법을 적용하여 페이딩 채널환경에서의 OFDM기반 DSRC 시스템의 성능을 개선시킬 수 있는 통신 시스템 모델을 제안한다. OFDM기반의 DSRC에 대한 표준화 작업이 진행중인 IEEE802.11p의 물리 계층을 따르는 OFDM시스템에 대해서 AWGN 및 페이딩이 존재하는 채널을 고려하여 시스템 성능을 구해내고, 제안하는 선택형 파일럿 중첩 채널 예측기 법을 적용하는 OFDM기반 DSRC 시스템의 성능과 비교한다. 시뮬레이션을 통해 제안하는 시스템이 채널 예측 에러를 감소시켜 기존 방식에 비해 우수한 성능을 나타냄 보인다. In this paper we propose the communication system model which improve the performance of OFDM based DSRC system by adopting selective pilot overlay channel estimation scheme. Assuming AWGN and fading channel environment, the performance of OFDM system according to IEEE802.11p physical layer being standardized for OFDM based DSRC is obtained, and the performance of proposed OFDM based DSRC system adopting selective pilot overlay channel estimation scheme is compared with the conventional system. from the simulation results, it is shown that proposed system is superior to conventional one due to reducing channel estimation error.

LoRa 기반 어구 식별용 부이 장착 단말 및 어선용 게이트웨이

곽재민,이성렬,Kwak, Jae-Min,Lee, Seong-Real 한국정보통신학회 2018 한국정보통신학회논문지 Vol.22 No.5

해양수산부는 2016년 유실어구에 의한 피해를 최소화하기 위해 전자어구실명제 실행계획을 발표하였다. 어구의 과다사용 및 폐어구 저감을 위해 어구의 종류 및 위치, 사용자의 실명을 포함한 정보를 IoT 기반의 통신을 이용하여 어선 및 관제센터에 효율적으로 전송할 수 있는 기술이 필요하다. 본 논문에서는 전자어구실명제를 실행하기 위한 LoRa 기반의 부이 장착 단말 장치와 어선용 게이트웨이를 제안한다. SEMTECH사의 SX1276 칩 사양과 ISM 대역인 900 MHz 대역을 사용하여 1(게이트웨이):200(부이) 통신이 가능하도록 설계하고 제작하였다. 또한 전자어구실명제 실행의 기술적 제안으로써의 실증을 위해 해상 시험 결과를 분석하였다. Ministry of oceans and Fisheries declared action plan for the electric fishing gear using real name in order to prevent overusing the fishing gear and to reduce discarded fishing gear. It is needed for a technique that can efficiently transmit the information including the type and location of the fishing gear and the user's real name to the fishing boat and the control center using IoT-based communication. In this paper, we propose the buoy-launched terminal equipment and ship-launched gateway equipment based on LoRa technology for effectively executing the electric fishing gear using real name. We design and fabricate to communicate 1(gateway):200(buoy) each other under 900 MHz ISM band by using SEMTECH SX1276 chip. Also, we experiment the test on the sea and analyze the test results to prove the implementation possibility of the proposed equipments for the electric fishing gear using real name.

어구 모니터링 시스템 구축을 위한 해상 IoT 무선망 설계

곽재민 ( Jae-min Kwak ),김세훈 ( Se-hoon Kim ),이성렬 ( Seong-real Lee ) 한국항행학회 2018 韓國航行學會論文誌 Vol.22 No.2

정부는 2016년 유실어구에 의한 피해를 최소화하기 위해 전자어구실명제 실행계획을 발표하였다. 어구의 과다사용 및 폐어구저감을 위해 어구의 종류 및 위치, 사용자의 실명을 포함한 정보를 IoT 기반의 통신을 이용하여 어선 및 관제센터에 효율적으로 전송할 수 있는 기술이 필요하다. 이를 위해서는 육상의 기지국에서 식별가능한 다수 부이의 위치정보를 확인할 수 있어야 한다. 본 논문에서는 이러한 해상 IoT 통신 시스템을 서비스하기 위해서 육상기지국과 해상에 존재하는 타겟들과의 링크버짓을 계산하여 서비스가 가능한 거리를 산출한다. 어구 모니터링 시스템 구축을 위한 해상 IoT 무선망 설계를 위해 1.8 GHz 주파수 대역을 사용하는 NB-IoT와 900 MHz 주파수 대역을 사용하는 LoRa 서비스에 대해 해상에서의 무선 서비스 최적화를 위한 링크 버짓을 계산한다. 또한, 육상기지국- 부이간 링크버짓과 육상기지국-어선간 링크버짓을 산출하여 그 결과를 분석한다. In order to prevent overusing the fishing gear and to reduce discarded fishing gear, there is a need for a technique that can efficiently transmit the information including the type and location of the fishing gear and the user's real name to the fishing boat and the control center using IoT-based communication. In order to do this, it is necessary to be able to confirm the position information of a plurality of buoys that can be identified by the base stations on the land. In this paper, in order to service the maritime IoT communication system, we calculate the link budget between the land base station and the targets on the sea to derive the service coverage. To design a marine IoT radio network for building a fishing gear monitoring system, we calculate link budget for wireless service optimization at sea for NB-IoT using 1.8 GHz frequency band and LoRa service using 900 MHz frequency band. In addition, the link budget between the land base station and buoy, the link budget between the land base station and fishing boat are calculated and the results are analyzed.

주파수영역 최적 위치 임펄스 삽입기법에 의한 OFDM-CQAM 시스템의 PAPR 개선

곽재민 ( Jae-min Kwak ) 한국항행학회 2019 韓國航行學會論文誌 Vol.23 No.3

OFDM (orthogonal frequency division multiplexing)은 다중경로 페이딩에 강하고 고속전송이 가능하다는 장점으로 널리 사용되고 있는 디지털 통신방식이나, 여러 부반송파 변조신호가 동위상으로 겹쳐지면서 송신신호의 PAPR (peak to average power ratio)이 높아진다는 단점을 가지고 있다. 송신단의 IFFT (inverse fast Fourier transform) 이전에 주파수 영역에서 높은 크기의 임펄스를 삽입하면, 쌍대성 특성으로 인해 시간영역의 OFDM 신호의 PAPR 감소 효과를 가져올 수 있다. 본 논문에서는 CQAM (cross quadrature amplitude modulation) 방식을 채용하는 OFDM 통신시스템에서 송신단의 IFFT 이전에 임펄스를 삽입함으로서 개선되는 PAPR 성능을 분석한다. 또한 PAPR을 최소화시킬 수 있는 최적의 임펄스 삽입위치 찾아내고 이를 적용하였을 경우의 PAPR 개선효과를 검증한다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 주파수영역에서 삽입되는 임펄스 크기와 위치에 따라 OFDM-CQAM 시스템의 PAPR 개선효과가 기존 방식에 비해 우수함을 확인한다. OFDM is popular digital communication method due to its immunity to multipath fading and capability of high speed data transmission, but it has disadvantage of high PAPR in transmission signal when many subcarrier modulated signal are added to the same phase. When frequency domain high amplitude impulse is inserted before IFFT in OFDM transmitter, the PAPR of OFDM signal in tme domain can be effectively reduced. In this paper, the degree of PAPR improvement of OFDM communication system with CQAM subcarrier modulation is analysed by adopting impulse insertion technique before IFFT of transmitter. Furthermore, it is verified that additional PAPR performance improvement can be obtained by finding optimum position of impulse insertion for maximizing PAPR reduction. Through computer simulation, the degree of PAPR improvement according to amplitude and position of inserted impulse is superior to conventional technique in OFDM-CQAM system.

고속 Multirate 전송을 위한 다중 반송파 DS/CDMA 시스템의 성능해석

곽재민(Jae Min Kwak),이찬주(Chan Joo Lee),노재성(Jae Sung Roh),조성준(Sung Joon Cho) 한국통신학회 1999 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.1999 No.7

항공 우주 해상 : VHF 대역 해상 디지털 통신용 π/4-DQPSK 모뎀 구현

곽재민 ( Jae Min Kwak ) 한국항행학회 2014 韓國航行學會論文誌 Vol.18 No.6

ITU-R M.1842-1은 해상 이동 서비스를 위한 RR Appendix18 채널에서 VHF 대역의 디지털 통신의 가이드라인을 제공하는 국제권고안이다. 본 논문에서는 ITU-R M.1842-1 Annex1에서 제시하는 28.8 kbps급 π/4-DQPSK 디지털 기저대역 모뎀을 시뮬레이션 하고, FPGA로 설계 및 구현한다. 권고안에 패킷구조가 아직 정의되지 않은 상태이므로 패킷검출 및 동기화를 위해 Cazac 시퀀스를 프리앰블로 사용한다. 기저대역 변복조 모뎀은 VHDL로 설계되어 자이링스사의 Atrix7 FPGA 칩이 장착된 NEXYS4 개발 플랫폼에 구현된다. 무선 통신 테스트를 수행하기 위해 ADC/DAC 보드를 제작하고, RF모듈로서 EV9730을 장착하여 통합 프로토타입을 구현하고 실험한다. 권고안에 정의된 바와 같이 송수신신호는 25 kHz 대역폭을 유지하고, 송수신 플랫폼간 통신이 정상적으로 이루어짐을 실험을 통해 확인한다. Rec. ITU-R M.1842-1 is international recommendation for VHF band communication guideline in maritime mobile service RR Appendix 18 channels. In this paper, we simulate 28.8 kbps VHF π/4-DQPSK digital baseband modem compatible with the recommendation, then it is designed and implemented with FPGA. Cazac sequence is used as a preamble since packet format is not defined untill now in the recommendation. Baseband modem is designed by VHDL language and implemented on NEXYS4 development platform having Atrix7 FPGA chip from Xilinx. For wireless communication test of total prototype system, ADC/DAC board is implemented and EV9730 RF module is utilized. From the experimental results, implemented FPGA modem shows spectral bandwidth of 25 kHz and successful data exchanges between tx and rx communication platform.

ITU-R M.1842-1 Annex1 π/4-DQPSK VHF 대역 해상 디지털 통신모뎀의 시뮬레이션 연구

곽재민 ( Jae Min Kwak ) 한국항행학회 2013 韓國航行學會論文誌 Vol.17 No.6

본 논문에서는 ITU-R M.1842-1 표준 권고안 Annex1에 따르는 π/4-DQPSK 모뎀에 대해 분석하고 시뮬레이션을 수행하였다. 우선 VHF 대역의 해상 이동통신에 대한 표준 및 기술동향을 소개하였다. Annex1에 제시된 π/4-DQPSK 모뎀은 25KHz의 대역폭에서 28.8Kbps 비트전송률을 제공하도록 제시되어 있다. 송수신기에서 RRC필터를 채용하는 π/4-DQPSK 모뎀의 시뮬레이션 프로세스에 대해 설명하고, 다양한 시뮬레이션 결과(시간영영신호파형, 성좌도, 롤오프 팩터에 따른 전력스펙트럼밀도, Eye 다이어그램)들과 모뎀의 BER 성능을 제시하였다. 시뮬레이션 결과로부터, RRC 필터의 롤오프 팩터에 의해서 SNR에 따른 BER 성능에 미치는 영향이 다름을 확인하였고, 설계한 시뮬레이션 모델이 ITU-R M.1842-1 권고안에 제시된 스펙트럼 마스크 요구사항을 만족함을 알 수 있었다. In this paper, π/4-DQPSK modem according to ITU-R M.1842-1 recommendation Annex1 is investigated and simulated. At first, standardization and technical trend of VHF maritime mobile communication are introduced. The π/4-DQPSK modem defined in the Annex1 should support 28.8Kbps bit transmission rate within 25KHz frequency bandwidth. We describe the system model and simulation process of π/4-DQPSK modem transmitter and receiver design with RRC(Root Raised Cosine) transmitter and receiver filter. Then we suggest various graphical simulation results(time domain signals, constellation, power spectral density according to roll-off factor, eye diagram), and show simulated BER performance of the modem. From the simulation results, it is shown that roll-off factor of RRC filter affects to BER performance according to SNR and the designed simulation model meets the spectrum mask requirement suggested in ITU-R M.1842-1 recommendation.

Cross QAM의 EVM방식 SNR 추정 성능

곽재민(Jae-Min Kwak) 한국지능시스템학회 2012 한국지능시스템학회 학술발표 논문집 Vol.22 No.1

Cross QAM의 선택적 성좌점을 사용하는 EVM 기반 SNR 추정 성능

곽재민 ( Jae Min Kwak ) 한국항행학회 2012 韓國航行學會論文誌 Vol.16 No.3

본 논문에서는 ADSL, VDSL, DVB-C 등의 통신 시스템에 적용되고 있고, 적응변조나 blind equalization에서 유용하게 사용될 수 있는 Cross QAM의 SNR 추정 성능에 대해 분석하였다. 우선 레일리 페이딩 채널에서의 Cross QAM의 심볼에러율을 분석하였다. 그리고, Cross QAM의 성좌점에 대한 판정영역 특성에 착안하여, 성좌점별로 EVM 기반의 SNR 추정기법을 사용하는 것을 제안하고, 성좌점별로 SNR 추정성능이 다르게 나타남을 시뮬레이션을 통해 확인하였다. 시뮬레이션 결과로부터 Cross QAM에서 SNR 추정에 사용하는 성좌점을 선택적으로 사용하면, AWGN 채널이나 라이시안 페이딩 채널에서 추정성능을 개선할 수 있음을 확인하였다. In this paper, we investigate the signal to noise ratio (SNR) estimation performance of Cross quadrature amplitude modulation (QAM), which is being used for asymmetric digital subscriber line (ADSL), very high bit rate digital subscriber line (VDSL), and digital video broadcasting - cable (DVB-C), and has been found to be useful in adaptive modulation and blind equalization. At first, the symbol error rate (SER) performance of Cross QAM is analyzed in Rayleigh fading channel. Then we suggest error vector magnitude (EVM) based SNR estimation utilizing the selected constellation points having different types of decision region from one another, and verify that SNR estimation performance of each points have different performance pattern through simulation. From the simulation results, it has been found that when suggested selected constellation points are used for SNR estimation in Cross QAM, estimation performance is enhanced in additive white Gaussian noise (AWGN) channel or Ricean fading channel.